城市供水管网分区供水技术研究

郭维剑

(郑州高新供水有限责任公司，河南 郑州 450000)

0 引言

城市化进程进一步加快，城市人口大幅增长，供水需求越来越大。如何提高用水安全，保障用水质量成为了供水行业发展的重点。然而，在城市供水管网分区当中，仍存在诸多影响因素，严重影响管网分区的质量和成效。为此，开展城市供水管网分区供水技术研究具有重要的现实意义。

1 影响供水管网分区的主要因素

1.1 经济漏损水平

供水管网获取经济效益最大值时的漏损水平被称为经济漏损水平。在供水管网分区中，要对漏损水量损失效益、漏损控制费用进行全面考虑，并了解其与漏损总费用之间的关系。

伴随漏损率变化，漏损总费用呈凹形曲线发展，漏损总费用最低值位于谷底处，此时相对应的漏损率具有合理性，也就是所说的经济漏损率。与经济漏损率相差越大，漏损总费用越多，为此，需要在经济漏损率上下控制管网漏损情况。

对于供水单位而言，管网经济漏损水平是管网分区方案实施的关键。每一个供水单位的情况不同，则制定的分区方案也会有所不同，随之对应的经济漏损控制指标和漏损控制目标也会不同。对于供水管网的主动漏损控制方针、计量分区数目等来讲，经济漏损水平将起到决定性的作用。

1.2 DMA的分层和大小

供水管网是由多个层次分区系统构成，而非一个复杂、巨大的供水区域。管网分区前期，需要先将DMA层次结构确定下来，从而为后期分区工作提供便利。然而，在地形、水文条件、供水需求、资金状况等众多因素的制约下，将大大增加DMA分层的难度。一般来讲，城市当中一个DMA用户数量基本上可以达到3 000户左右。也就是说，管网实际状况和系统特征决定单个DMA面积，表1为其主要影响因素。

表1 DMA面积的影响因素

1.3 供水管网高程

若供水区域内供水管网高程变化明显，势必会加大DMA管理的困难程度，甚至会产生水质、水力安全隐患。为此，在计量区域划分过程中，必须将供水管网高程分布规律等考虑在内，做好统筹规划工作，合理、有效控制一个独立计量区域内供水管网的高程变化情况。

1.4 水质条件

在DMA分区供水时，往往需要将计量区域边界上的阀门关闭掉，这种情况下，将减慢管网区域边界位置水的流速，增大水龄，导致大量死端产生于管网末梢处，基于长期滞留等因素，死端水质将变差，严重影响管网水质质量。当DMA阀门数目增多，将会大幅影响管网水质。一般情况下，可利用管道冲洗等方法解决水质恶化等情况。通过定期冲洗，可以将管网末梢死水更新换掉，从而提高供水水质。

2 分区方案的择优确定

2.1 管网漏损水平

管网分区供水的主要目标是为了有效做好管网漏损控制，因此，在择优选择分区方案时，应将管网漏损水平摆在第一位。

管网漏损水量计算，一般可采用最小夜间流量法。在计算中须确定AZP点，即管网平均压力节点，此节点值应接近管网加权平均值。在具体操作中，可根据管网实际状况，合理选择AZP点。目前，常用的方法包括2种：①压力最接近管网所有节点压力流量加权平均值的点。②高程最接近管网所有节点高程流量加权平均值的点。

2.2 压力分布均衡性

为便于供水管理，减小管理漏损水平，须合理管控DMA内节点压力变化。若管网压力分布均衡性由ΔP2表示，那么可通过下式进行计算分析。

其中，最接近管网分区前PFW值的节点压力值可由AZP表示；DMAi内最接近PFWi值的节点压力值可由AZPi表示；分区前管网中节点i的压力值可由Pi表示；分区后管网中节点j的压力值可由Pj表示；管网节点数目可由m表示；管网分区数目可由N表示；分区后第i个DMA包含节点数目可由mi表示。

2.3 分区费用

管网分区必须遵循经济性原则。在制定管网分区方案时，要对管网供水实际情况进行深入分析，综合考虑施工难易程度、是否具备装表条件、供水效果等因素。水表仪器购置费用、安装费用、后期维护费用等是构成分区费用的主体。目前，多采用年等额资金回收法进行分析研究。在上述3种因素中，要根据实际情况择优确定最佳方案。

3 案例分析

某城市供水管网面积为40 km2左右，约12万人口。管网供水中，工业企业用户所占比例较大，集中于区域北方地区。而南方地区为居民用户区域。根据管网用户分布情况，区域内主要用水为工业用水，其次为居民生活用水。经地质勘查可知，本地区管网布设范围内并无丘陵、河流等地势地貌，为平原地区，按照城市供水管网分区规定，在对压力分区、管理分区、DMA分区进行全方位考虑的情况下，初步将其DMA分为6个结构形式，具体如图1所示。

图1 管网初始分区示意图

为验证分区是否合理，本文提出了3种分区方案，如图2、图3、图4所示。按照上述分区方案择优确定的3点，本案例仍从管网漏损水平、压力均衡性、分区费用进行对比分析，择优选择既经济又合理的分区方案。

图4 方案3分区示意图

图3 方案2分区示意图

图2 方案1分区示意图

3.1 管网漏损水平对比分析

通过分析计算可以了解到，上述3种方案均能很好地控制管网漏损水平，相比分区前，管网平均漏损量均有所下降，方案1降低17.2%，方案2降低19.0%，方案3降低15.1%，由此可见，分区后，在平均漏损量控制方面，3种方案基本相同，其中漏损控制效果最佳的为方案2。

3.2 压力均衡性对比分析

为了解3种分区方案的压力均衡性，须对分区前、后方案的ΔP2值进行计算分析。分区前ΔP2值为829.85，分区后，方案1的ΔP2值为361.52；方案2的ΔP2值为272.92；方案3的ΔP2值为129.97。据相关研究表明，ΔP2值越小，压力均衡性越好。由此可知，在管网压力分布均衡性方面，3种分区方案效果最好的为方案3，按照由好到次的顺序划分，均衡性控制效果依次为方案3>方案2>方案1。

3.3 分区费用对比分析

本供水管网分区项目采取等额资金回收法进行分区费用计算，其中方案1分区费用为6.66万元/年，方案2分区费用为6.24万元/年，方案3分区费用为7.82万元/年。

通过上述分析，在3种方案中，漏损控制效果最好的为方案2，压力分布均衡性最好的为方案3，分区费用最低的为方案2，经综合考虑，可得出方案2为最优分区方案。

4 结语

城市建设离不开供水系统，完善供水管网系统对美化城市、塑造城市形象具有重要意义。城市供水管网分区供水技术的应用，可以有效监控管网漏损情况，大幅减小产销差率，完善城市供水系统，推进城市化建设事业可持续发展。